在Go并发编程中,当多个 goroutine 同时读写共享变量时,如果没有妥善同步,就会出现数据竞争(Data Race) 。Go 提供了
sync/atomic
包,用于实现轻量级的原子操作,避免使用锁所带来的性能开销。
一、什么是原子操作?
原子操作指的是在执行过程中不会被任何其他操作中断的操作。在多线程环境中,原子操作确保某个变量的读、写、加减等操作具有一致性和安全性。
二、常用原子操作函数
Go 的 sync/atomic
包支持以下常用操作,主要用于 int32
、int64
、uint32
、uint64
和 unsafe.Pointer
等类型:
函数 | 说明 |
---|---|
atomic.LoadInt32(&val) |
原子读取值 |
atomic.StoreInt32(&val, new) |
原子写入值 |
atomic.AddInt32(&val, delta) |
原子加法(并返回新值) |
atomic.CompareAndSwapInt32(&val, old, new) |
原子比较并交换 |
同理还有 Int64 、Uint32 、Uint64 、Pointer 版本 |
三、使用示例
示例:并发计数器
go
package main
import (
"fmt"
"sync"
"sync/atomic"
)
func main() {
var counter int32 = 0
var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 1000; i++ {
wg.Add(1)
go func() {
defer wg.Done()
atomic.AddInt32(&counter, 1)
}()
}
wg.Wait()
fmt.Println("Final Counter:", counter) // 输出应该为 1000
}
这个例子中我们使用 atomic.AddInt32
来确保并发写入是安全的,避免了 race condition
。
四、CompareAndSwap:原子级条件更新
CompareAndSwap
是一个非常强大的函数,可用于实现无锁状态切换。
go
var status int32 = 0
// 尝试将状态从 0 改为 1
if atomic.CompareAndSwapInt32(&status, 0, 1) {
fmt.Println("切换状态成功")
} else {
fmt.Println("状态已被修改")
}
如果当前值等于期望值,就会被新值替换;否则不做任何操作,适用于状态机、CAS 重试等场景。
五、原子 vs 锁
方面 | 原子操作(atomic) | 锁(Mutex/RWMutex) |
---|---|---|
性能 | 极高(CPU级指令) | 较低(涉及调度、抢占) |
适用场景 | 简单计数、状态标记 | 复杂结构同步 |
编程复杂度 | 较高,易出错 | 较低,语义清晰 |
死锁风险 | 无 | 存在风险 |
六、使用注意事项
- • 原子操作仅适用于简单变量的并发读写,如计数器、标志位。
- • 不能对结构体、map、slice 等复杂类型直接使用。
- • 原子操作不能和普通操作混用,否则仍可能产生竞态条件。
- • 如需读写多个变量或复合结构,推荐使用
sync.Mutex
。
七、小结
- •
sync/atomic
提供了高性能的原子操作,是无锁并发的核心工具。 - • 适合用于计数器、自旋锁、状态标识等场景。
- • 不适合管理复杂共享数据,不能代替所有同步手段。